Grafenrivninger følger regler:Simuleringer viser carbonplader, der rives langs energisk gunstige linjer

Grafen, en et-atom-tyk plade af kulstofatomer, er det stærkeste kendte materiale, men også et af de mest skøre. Når det river, river det i bestemte retninger, hvilket har konsekvenser for dets brug i elektronik og andre applikationer.

Nu har forskere ved University of California, Berkeley, vist, at disse rifter følger specifikke regler, og at materialet er mest tilbøjeligt til at rive langs linjer, der er i en 30-graders vinkel til dets krystalgitter. Resultaterne, offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications, kunne hjælpe ingeniører med at designe grafen-baserede materialer, der er mere modstandsdygtige over for rivning.

"Vi fandt ud af, at der er visse retninger i grafen, der er mere tilbøjelige til at rive end andre," sagde studielederforfatter Junhao Lin, en postdoc-forsker ved Institut for Materialevidenskab og Engineering ved UC Berkeley. "Det skyldes, at carbonatomerne i grafen er arrangeret i et sekskantet gitter, og bindingerne mellem disse atomer er stærkere i nogle retninger end i andre."

Forskerne brugte en kombination af atomistiske simuleringer og teoretiske beregninger til at bestemme de mest sandsynlige retninger for grafen at rive. De fandt ud af, at materialet er mest tilbøjeligt til at rive langs linjer, der er parallelle med kanterne af det sekskantede gitter, og at rifterne er mere tilbøjelige til at forekomme i hjørnerne af sekskanterne.

"Dette er vigtigt, fordi det betyder, at vi kan designe grafenbaserede materialer, der er mere modstandsdygtige over for rivning ved at undgå disse retninger," siger seniorforfatter Robert Ritchie, professor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab ved UC Berkeley. "For eksempel kunne vi bruge grafenplader, der er orienteret, så kanterne af sekskanterne er parallelle med den påførte kraft, eller vi kunne bruge grafenplader, der er blevet forstærket med andre materialer for at forhindre, at de rives i stykker."

Resultaterne kan også have betydning for brugen af ​​grafen i elektronik. Grafen er et lovende materiale til brug i næste generations elektroniske enheder, men det er vigtigt at sikre, at materialet er stærkt nok til at modstå belastningen ved brug. Ved at forstå mekanismerne bag grafenrivning kan ingeniører designe grafenbaserede enheder, der er mere holdbare og pålidelige.

Denne forskning blev støttet af National Science Foundation og Department of Energy.